[发明专利]一种柔性纳米结构有序薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物材料领域，具体涉及一种柔性纳米结构有序薄膜的制备方 法。

背景技术

导电聚合物作为具有广阔应用前景的新型材料(具有导电性能和其它性能)， 被发现以来逐渐成为研究的热点。由于难以获得分散性能良好的结构并缺乏有 效的组装方法，在电极间构筑导电聚合物有序纳米结构作为敏感材料一直是这 一领域的难点。如果能获得有序排列的纳米结构，一方面可以形成有效的导电 通道而大大提高灵敏度，同时由于阻止了纳米结构的“团聚”而有效缩短了响应时 间，对实现低浓度气体媒质(如有毒气体)的快速检出具有极其重要的实用价 值。

近年来，一系列研究表明导电聚合物纳米化可以有效的提高气体传感器的 整体性能。因此，导电聚合物结构纳米化及其复合纳米化是这类材料下一步发 展的重点。Hyeonseok等人采用反向胶束法得到了聚-3，4-乙撑二氧噻吩 (PEDOT)纳米粒子和纳米管结构，他们采用滴涂的方法将这些柔性纳米结构 制备在叉指电极间，制得的气体传感器具有较快的响应速度和良好的选择性。 Jang等人同样通过反向胶束方法获得了一种PEDOT纳米杆装结构，研究结果表 明这种新颖的一维纳米结构具有优良的气体敏感特性，对低浓度的氨气具有很 快的响应。

目前，为了获得导电聚合物纳米材料气体敏感薄膜，普遍采用了滴涂和旋 涂的方法，而采用这种方法获得的是纳米结构无序堆积状态，这也是目前该类 材料作为气体传感器敏感层存在的普遍问题。国内魏志祥等人通过控制生成条 件得到了导电聚合物纳米结构定向生长阵列，但这种有序纳米结构很难组装为 气敏元件中的敏感层。另外，国外学者采用电喷法来获得导电聚合物有序纳米 结构排列，这种方法能获得纤维状结构的有序排列，在纳米结构取向及稳定组 装上还有待提高。

LB拉膜技术能够精密的构造二维有序组合体，尤其是纳米结构阵列化和高 密度纳米有序薄膜制备的有力工具。Gibson等人利用其实现了表面活性剂修饰 的直径仅为1.4nm的Au₅₅纳米微粒的有序组装。除了组装零维纳米微粒外， Lieber研究组用LB拉膜技术组装Si/SiO₂核-壳结构半导体纳米线，形成不同 间距的大面积、高密度纳米线有序阵列。目前，以LB膜技术来进行纳米结构有 序排列还处于起步阶段，尤其对聚合物类型材料研究很少。

从目前研究来看，对柔性导电聚合物纳米结构有序薄膜的研究取得了一定 的进展，但也存在很多问题。国内外在导电聚合物纳米结构敏感薄膜的制备过 程中，通常采用的是旋涂(滴涂)或电喷方法。滴涂和旋涂法得到的是一种纳 米结构无序堆积的薄膜，明显影响传感器的性能，而电喷方法只能获得纤维状 纳米结构的排列，并且可控性不高。因此，针对不同形态结构，需要有效可控 的组装方法来获得导电聚合物纳米结构的有序排列。这种有序排列的导电聚合 物纳米结构在作为气体敏感薄膜时，可以提高气体分子在薄膜中的吸附和扩散 速率，在作为空穴注入材料时可以改善载流子的迁移效率；有效的提高器件性 能。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种柔性纳米结构有序薄膜的制备方 法，该方法所制备的薄膜克服了现有技术中所存在的缺陷，并且制备方法合理简 单，易于操作。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种柔性纳米结构有序薄膜 的制备方法，利用导电聚合物柔性纳米结构在气/液界面的自组装行为，让纳米 结构有序组装，得到导电聚合物纳米结构有序排列薄膜，包括以下步骤：

①将导电聚合物纳米结构与表面活性剂超声分散溶于有机溶剂中，形成导 电聚合物纳米结构-表面活性剂单分子溶液，其中导电聚合物纳米结构材料能与 表面活性剂材料组成稳定的分散溶液；

②采用微量进样器抽取步骤①得到的溶液滴加于亚相，使其在气/液界面自 组装形成导电聚合物纳米结构-表面活性剂复合膜；

③控制LB拉膜机滑障的速度来压缩步骤②得到的导电聚合物纳米结构-表 面活性剂复合膜，通过控制成膜膜压来调控导电聚合物纳米结构的间距；

④将清洁处理后的基片采用垂直成膜的方式将经过步骤③得到的复合膜转 移至基片上。

按照本发明所提供的柔性纳米结构有序薄膜的制备方法，其特征在于，所述 导电聚合物材料不溶不熔，为柔性纳米结构，如3，4-聚乙撑二氧噻吩纳米粒子、 (纳米线)，聚吡咯纳米粒子(纳米线)。